Меню Рубрики

Анализ и улучшение качества природных вод

Методы анализа, разработанные для поверхностных пресных и соленых вод, применимы, несомненно, и для анализа других водных объектов, в том числе грунтовых и лизиметрических вод, почвенных растворов и вытяжек.

Аналитическая процедура определения содержаний элементов в водах различного состава включает несколько стадий:

— собственно инструментальный анализ.

В зависимости от концентраций определяемых элементов и возмож­ностей инструментальной техники вышеперечисленные стадии могут быть усложнены введением дополнительных этапов, связанных с консервацией анализируемых образцов, предварительным концентрированием элементов и модернизацией оборудования (например, введением дополнительных приспособлений для ввода пробы, перевода из одного агрегатного состо­яния в другое и т.д.).

Пробоотбор и пробоподготовка как важнейший этап анализа.Отбор пробы воды следует рассматривать как стадию, в значительной степени определяющую правильность последующего анализа, причем ошибки, допущенные в процессе пробоотбора, в дальнейшем не могут быть исправлены даже самым квалифицированным аналитиком. Место и усло­вия отбора пробы воды в каждом случае определяют конкретными задачами исследований, однако основные правила отбора проб носят общий ха­рактер:

— проба воды, взятая для анализа, должна отражать условия и место отбора;

— отбор пробы, ее хранение и транспортировка должны исключать возможность изменения ее первоначального состава (содержаний опре­деляемых компонентов или свойств воды);

-объем пробы должен быть достаточным для проведения анали­тической процедуры в соответствии с методикой.

Отбор проб воды.Отбор проб воды может быть разовым и серийным. Разовый отбор обычно применяют для получения первоначальной информации о качестве ана­лизируемой воды. Принимая во внимание изменяющийся во времени и пространстве состав анализируемых вод, более оправдан серийный отбор, который проводят либо с разных глубин источника, либо в различные моменты времени. При таком отборе можно судить об изменении качества воды во времени или в зависимости от ее расхода.

По своему виду пробы бывают простыми и смешанными. Простая пробаобеспечивается путем однократного отбора всего требуемого для анализа количества воды, при этом полученная информация отвечает составу в данной точке в данный момент времени.Смешанную пробуполучают путем сливания простых проб, отобранных в разные промежутки времени или в различных точках, характеризуя таким образом усреднен­ный состав воды. Если пробу отбирают из открытого водотока, необходимо соблюдать условия, при которых она будет типичной: лучшие места для пробоотбора — бурные участки, где происходит более полное смешение. При отборе пробы сточной воды нужно соблюдать следующие условия:

— скорость отбора не менее 0,5 м/с;

— диаметр отверстия пробоотборника не менее 9-12 мм;

— высокая турбулентность (в случае отсутствия создают искусственно).

При отборе пробы питьевой воды необходимо предварительно спустить воду в течение 15 мин при полностью открытом кране. Перед закрытием сосуда пробкой верхний слой воды сливают так, чтобы под пробкой оставался слой воздуха объемом 5-10 см 3 .

Для отбора и хранения проб используют посуду из стекла, полиэтилена, тефлона. Для определения ультрамикроконцентраций элементов идеальным материалом для отбора и особенно для хранения проб является новый полимер политетрафтор-алкокси-этилен (PFA). Его главные преимущества по сравнению с тефлоном, применяющимся в аналитической химии микро­элементов, — высокая гидрофобность и практически полное отсутствие внутренних пор, а значит и отсутствие эффекта «памяти».

Консервация и хранение.Отобранная проба природной воды представляет собой двухфазную сис­тему, состоящую из раствора и взвешенного вещества. Чтобы избежать потерь микроэлементов за счет биохимических процессов и сорбции на стенках сосуда пробу после фильтрования консервируют, в отдельных случаях даже нефильтрованные образцы, если это согласуется с задачей исследования.

источник

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6

где NА – концентрация определяемого компонента, г-экв/л;

NВ – концентрация титранта, г-экв/л;

Неизвестную, анализируемую концентрацию компонента воды (А) находят в необходимой размерности:

Процесс добавления реактива (В), известной концентрации, к пробе с компонентом (А), неизвестной концентрации, называется титрованием. Название произошло от слова «титр», обозначающего концентрацию реактива (В) по компоненту (А). Титр раствора реактива (В) – это число граммов компонента (А), которое прореагирует с одним мл раствора реактива (В). Выражение концентрации через титр раствора в настоящее время применяют редко, но термины, являющиеся производными этого слова, сохранили свое значение. Раствор реактива точно известной концентрации называется рабочим титрованным раствором, или просто рабочим раствором, или стандартным раствором.

Концентрацию раствора по какому-либо компоненту, выраженную числом молей компонента в 1 л раствора, называют молярной (моль/л), а числом милимолей компонента в 1 л раствора – милимолярной (ммоль/л).

В титриметрическом методе анализа часто используют индикаторы – вещества, которые указывают на окончание реакции, изменяя цвет раствора.

1. Согласно краткой прописи титриметрических методик определения компонентов в воде отмерить в колбу 50 мл исследуемой воды.

2. Добавить в колбу необходимые реактивы.

3. Оттитровать определяемый компонент раствором, находящимся в капельнице, считая число капель (объем одной капли равен 0,05 мл).

4. Вылить из колбы смесь в раковину, помыть колбу, приступить к определению следующего компонента воды.

5. По соответствующей формуле рассчитать содержание определяемого компонента в природной воде.

6. По паспорту лаборатории установить соответствие величин погрешностей с диапазоном концентраций компонентов (по результатам анализа природной воды).

7. По паспорту лаборатории для каждого компонента результата анализа природной воды определить величину относительной погрешности.

8. По формуле величину относительной погрешности перевести в величину абсолютной погрешности (мг/л).

9. Оформить результаты анализа воды в виде таблицы результатов с приписными погрешностями.

1. Что включает в себя методика анализа?

2. Способы выражения концентрации компонентов природных вод (молярная, моляльная, нормальность, титр).

3. Записать и обосновать закон эквивалентов.

4. Формулы расчёта концентрации определяемого компонента вод.

5. Ход определения и формула расчёта содержания СО2 своб. в воде.

6. Ход определения и формула расчёта содержания СО32- — иона в воде.

7. Ход определения и формула расчёта содержания НСО3- — иона в воде.

8. Ход определения и формула расчёта содержания общей жесткости в воде.

9. Ход определения и формула расчёта содержания Сa2+ — иона в воде.

10. Формула расчёта содержания Mg2+ — иона в воде.

11. Ход определения и формула расчёта содержания Сl — — иона в воде.

1. , , Зарубин и улучшение качества природных вод. Часть 1. Анализ и оценка качества природных вод. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 168 с.

2. , Соколов гидрохимическая лаборатория для общего анализа воды. – Ширец, 1981. – 43 с.

Цель лабораторной работы – закрепление, углубление теоретических знаний по разделу «Методы анализа природных вод» при изучении дисциплины «Анализ и улучшение качества природных вод».

1. Ознакомиться с составом полевой лаборатории.

2. Определить содержание компонентов (рН, Feобщ, Fe2+, Fe3+, O2, Н2S, NH4+, NO2-, NO3–) в исследуемой природной воде методом колориметрии.

3. Результата представить в виде таблицы в сравнении с ПДК и кларками компонентов в природных водах.

4. Написать отчет, приводя формулы расчета и словесное описание результатов работы.

Исходные материалы и оборудование:

1. Природная вода 1 л по заданию преподавателя.

2. Полевая лаборатория МЛАВ.

3. Краткая пропись последовательности операций при определении каждого компонента природной воды.

5. Компаратор, пробирки на 5 мл.

6. Паспорт аккредитованной лаборатории.

Метод называют также абсорбциеметрией, фотометрией, фотоколориметрией, спектрофотометрией, спектроколориметрией и чаще всего, хотя и не совсем правильно, колориметрией (термин «колориметрия» в действительности означает методы описания различных цветов, их точного обозначения и разложение сложных цветов на составляющие). Фотоколориметрия и спектрофотометрия основаны на взаимодействии излучения с однородными системами, и их обычно объединяют в одну группу фотометрических методов анализа. В зависимости от используемой аппаратуры в фотометрическом анализе различают спектрофотометрическй метод − анализ по поглощению монохроматического света (излучение, в котором все волны имеют одинаковую длину λ) и фотоколориметрический метод − анализ по поглощению полихроматического (немонохроматического) света в видимой области спектра

Фотометрические методы определения концентрации компонентов в водах основаны на сравнении поглощения или пропускания света стандартными и исследуемыми растворами. Измерение оптической плотности исследуемого раствора проводят по отношению к раствору сравнения, поглощение которого принимают за оптический нуль. Раствор сравнения содержит все исходные вещества за исключением определяемого. Фотометрическое определение состоит из двух этапов:

1) переведение определяемого компонента в соединение, поглощающее электромагнитное колебание (чаще всего это комплексное окрашенное соединение);

2) измерение интенсивности поглощения электромагнитных колебаний раствором полученного соединения.

Окраски испытуемого и стандартного растворов сравнивают либо на глаз («визуально»), либо при помощи фотоэлементов, т. е. приборов, дающих под влиянием освещения электрический ток, сила которого зависит от интенсивности падающего на них света.

Закон поглощения света растворами

Прежде чем переходить к рассмотрению фотометрических методик определения компонентов в водах необходимо остановиться на законах поглощения света окрашенными растворами.

Если поток монохроматического света с интенсивностью (I0) падает на водный раствор определяемого компонента, то часть его с интенсивностью (Iотр) отражается от раствора, часть (I п) поглощается и часть (Ii) проходит сквозь слой, причем

. (3.1)

Для водных растворов, с которыми обычно имеют дело в фотометрических методах анализа величина Iотр мала по сравнению с величинами Iп и Ii и поэтому без заметной погрешности ею можно пренебречь. При этом получим:

. (3.2)

Величина Iп зависит почти исключительно от наличия в растворе молекул или ионов окрашенного вещества, поглощающего свет гораздо сильнее, чем растворитель (вода). Проходя через раствор, световой поток теряет часть своей интенсивности и притом тем большую, чем больше молекул или ионов соответствующего окрашенного вещества он встречает на своём пути. Степень ослабления интенсивности зависит от природы поглощающего вещества, от концентрации его (С) и от толщины слоя (l) раствора, через который проходит свет. На рис. 3.1 представлена схема погашения света раствором.

Рис.3.1. Схема погашения света раствором

Эта зависимость может быть представлена следующей формулой:

, (3.3)

где − величина, характеризующая степень ослабления света при прохождении его через раствор, называется погашением или оптической плотностью раствора (D); k – константа, величина которой зависит от природы компонента, поглощающего свет, и от длины волны света (λ). Если концентрация (С) выражена в молях на литр, то эта константа называется молярным коэффициентом погашения раствора.

Формула (3.3) выражает закон поглощения света растворами окрашенных веществ. Этот закон − закон Ламберта−Бера − можно формулировать так: оптическая плотность раствора пропорциональна концентрации поглощающего свет компонента раствора на толщину слоя раствора.

, (3.4)

если l = const, то . (3.5)

При графическом изображении зависимости оптической плотности от концентрации компонента, поглощающего свет, (при постоянном значении l) получается прямая линия. Эта линия проходит через начало координат при отсутствии поглощения света растворителем и систематической погрешности (рис. 8).

Рис. 3.2. Зависимость оптической плотности от концентрации поглощающего свет компонента

У окрашенных веществ длина волны максимального поглощения света в большинстве случаев находится в видимой области спектра. Определение оптической плотности сводится всегда к сравнению двух интенсивностей света. Применяемые методы можно разделить на две группы по тому, что служит для восприятия интенсивности света − человеческий глаз или фотоэлектрический элемент.

Визуальный метод измерения концентраций компонентов в водах

В полевых условиях, когда на точке отбора пробы непосредственно сразу проводится анализ одной пробы на содержание ряда быстроменяющихся компонентов (рН, NH 4+, NO2-, NO3-, Fe2+, Fe3+, О2, S2-), возможно использование простого метода оценки концентраций – метода визуальной фотометрии.

Человеческий глаз тоже относится к оптическим системам. Поэтому концентрацию компонента в пробе воды можно оценить визуально, если концентрация в пробе воды по крайней мере на 2 % интенсивнее фона. Так, окрашенное пятно на бумаге различимо на глаз только тогда, когда оно поглощает на 2 % больше света, чем сама бумага. Заметим, что глаз чувствительнее многих приборов.

Глаз может оценить только равенство двух интенсивностей света. Кроме того, для эффективного сравнения необходимо чтобы глаз воспринимал оба сравниваемых световых пучка одновременно: один световой пучок должен проходить через анализируемый раствор, а второй световой пучок должен проходить через стандартный раствор.

При изготовлении стандартных растворов наименьшую концентрацию определяемого компонента берут обычно близкой к порогу чувствительности соответствующей реакции. Наибольшая же концентрация не должна превышать наименьшую концентрацию более чем в 20 раз, так как при слишком интенсивных окрасках сравнение их визуальным методом становится весьма ненадёжным.

Когда колориметрируемые соединения неустойчивы, приготовляют искусственные шкалы стандартов, пользуясь для этого органическими и неорганическими красителями. Такие шкалы сохраняются очень долго.

Визуальное определение концентрации компонента в воде облегчается при употреблении специального ящика для защиты от бокового света – компаратора (рис. 3.3).

источник

Учебное пособие: Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Анализ и улучшение качества природных вод» для студентов IV курса, обучающихся по направлению 280400 «Природообустройство» Составители

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »

АНАЛИЗ И УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД

Методические указания к выполнению курсовой работы

по курсу «Анализ и улучшение качества природных вод»

для студентов IV курса,
обучающихся по направлению 280400 «Природообустройство»

Составители Р.Ф. Зарубина, Ю.Г. Копылова

Томского политехнического университета

А64 Анализ и улучшение качества природных вод: методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Анализ и улучшение качества природных вод», для студентов IV курса, обучающихся по направлению 280400 «Природообустройство»/ сост. Р.Ф. Зарубина, Ю.Г. Копылова. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 16 с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы
к изданию методическим семинаром кафедры
гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии

профессор ____________ С .Л. Шварцев

учебно-методической комиссии _________ Н.М. Шварцева

Кандидат геол-минер. наук,доцент кафедры ГИГЭ

© Зарубина Р.Ф., Копылова Ю.Г., составление, 2009

© Составление. Томский политехнический

© Оформление. Издательство Томского

политехнического университета, 2009

Курсовая работа (КР) – учебная работа, содержащая результаты теоретических, расчетных, аналитических, экспериментальных исследований по отдельной учебной дисциплине. КР является самостоятельной работой студента, выполняемой в процессе обучения для решения следующих задач:

1. закрепление и более глубокое усвоение теоретических знаний и практических навыков в применении методов для решения конкретных задач;

2. приобретение навыков и освоение методов анализа и синтеза. Выбора и обоснования при проектировании заданных объектов;

3. развитие самостоятельности при выборе методов достижения цели и творческой инициативы при решении конкретных задач;

4. подготовка к выполнению выпускной квалификационной работы (ВКР).

Курсовая работа должна выполняться на основе индивидуального задания, содержащего требуемые для решения поставленных задач исходные данные, обеспечивающие возможность реализации накопленных знаний в соответствии с уровнем профессиональной подготовки каждого студента. Исходные данные по составу и свойствам природных вод могут быть получены студентом при личном анализе проб природных вод в период производственной практики или в процессе выполнения лабораторных работ; из фондовых материалов; из вариантов задания преподавателя (табл.1).

Читайте также:  Анализ на легионеллу в воде

Текстовой документ должен в краткой и четкой форме раскрывать творческий замысел работы, постановку задачи, выбор и обоснование принципиальных решений. Содержать описание методов исследования анализа, расчетов, описание проведенных экспериментов, анализ результатов экспериментов и выводы по ним.

В оформлении курсовой работы должны быть отражены разделы:

§ 2. Теоретическая часть по методам анализа природной воды

§ 3. Экспериментальная часть по анализу природной воды

§ 4. Оценка качества природной воды по целям назначения

§ 5. Теоретическая часть по выбранным методам улучшения качества воды

§ 6. Экспериментальная часть по улучшению качества воды

§ 7. Рекомендации по улучшению качества воды

§ 9. Список использованных источников

Таблица 1 – Результаты анализа проб воды при определении их химического состава

источник

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет — институт геологии и нефтегазового дела

Анализ и улучшение качества вод для различных целей

По дисциплине Анализ и улучшение качества природных вод

Студент гр. ___________________

Часть 1. Экологическая оценка исследуемой природной воды………………..4

Глава 1. Система природная вода – человек………………………………. 4

    1. Качество исследуемой воды для питьевого централизованного и нецентрализованного водоснабжения……………………………………4
    2. Качество исследуемой воды для бутылирования вод первой и высшей категории……………………………………………………… ….4

Глава 2. Система природная вода – животные………………………………5

    1. Качество исследуемой воды для рыборазведения………………. 5

Глава 3. Система природная вода – земля…………………………………. 5

    1. Американская и российская классификация качества воды для оросительной мелиорации……………………………………………….. 6
    2. Оценка загрязненности территории исследуемой водой (поверхностной, подземной) по критериям качества вод………………6

Часть 2. Улучшение качества исследуемой воды………………………………7

Цель работы – оценка и улучшение качества воды для различных целей.

Исследуемая вода была отобрана в скважине поселка Ключи.

Целью исследования ее пригодности для хозяйственно-питьевых целей и соответствие показателей нормам, регламентируемым по Сан ПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»; на основании, которых можно сделать вывод о пригодности исследуемой воды для хозяйственно-питьевых целей.

Часть 1. Экологическая оценка исследуемой

Глава 1. Система природная вода – человек

    1. Качество исследуемой воды для питьевого централизованного и нецентрализованного водоснабжения.

В воде наблюдаются превышения по предельно-допустимым концентрациям Fe и CO2 для питьевой воды, определяемых СанПиН 2.1.4.04-01.

Вода не удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.04-01.

Класс качества исследуемой воды определялся в соответствии с ГОСТ 2761–84 для поверхностных вод. Исследуемая вода соответствует 2-ому классу качества вод.

В соответствии с рекомендациями С.Л. Шварцева в воде превышено содержание Fe, NO3, HCO3,Ca и Mg.

По классификации ЕС наблюдается повышенное содержание Fe, Pb, K, ПОК.

По рекомендации ВОЗ также наблюдается значительное превышение по концентрации железа в воде.

Таким образом, делаем вывод о том, что исследуемая вода имеет отклонение по отдельным показателям от треб. ГОСТ 2874. Вода может быть использована после предварительной водоподготовки: аэрированием, фильтрованием и обеззараживанием, с применением дополнительных окислительных и сорбционных методов, а также более эффективных методов обеззараживания.

    1. Качество исследуемой воды для бутылирования вод

первой и высшей категории

В ходе работы оценивалось качество воды для бутылирования (Лабораторная работа № 1). Исходная вода не подходит для бутылирования, имеются превышения предельно-допустимых концентраций 1-ой и высшей категорий качества по перманганатной окисляемости и содержанию Fe, CO2.

Следовательно, исследуемая вода непригодна для бутылирования, но возможно ее использование после соответствующей водоподготовки, направленной на снижение содержания вышеперечисленных компонентов.

Глава 2. Система природная вода – животные

    1. Качество исследуемой воды для рыборазведения

Качество исследуемой воды для рыборазведения оценивалось по Перечню ПДК и ОБУВ вредных веществ для рыбохозяйственных водоемов (Лабораторная работа №1). В исследуемой воде наблюдаются значительные превышения ПДКрыб по содержанию Fe, Sr, Li, Pb и Mn.

Cледовательно, можно сделать вывод о том, что исследуемая вода непригодна для целей рыборазведения.

Глава 3. Система природная вода – земля

    1. Американская и российская классификация качества воды

для оросительной мелиорации

В ходе работы была проведена оценка степени пригодности исследуемой воды для орошения по американской и российской классификациям (Лабораторная работа № 3). Были сделаны следующие выводы:

· Общее количество растворенных солей не превышает 480 мг/л, рассчитанное натриево-адсорбционное отношение менее 6, следовательно, отсутствует засоление почв исследуемой водой;

· Содержание хлора менее 4 мг-экв/л, рассчитанное натриево-адсорбционное отношение менее 3, следовательно, отсутствует токсическое воздействие на растения от поглощения исследуемой воды корневой системой;

· Также отсутствуют осложнения на листья растений при поливе дождеванием.

По перечисленным выше критериям делаем вывод, что исследуемая вода по американской классификации подходит для орошения, так как не вызывает засоления почв и не нужны меры для предотвращения засоления.

По рассчитанному ирригационному эмпирическому коэффициенту, который равен 283, 74 > 18, определяем, что качество воды хорошее, вода также пригодна для орошения и никакие предупредительные меры для ее улучшения не нужны.

По двум классификациям можно сделать выводы о том, что вода проходит классификации для орошения. Общая минерализация должна быть менее 480 мг/л, в моем случае 131,78 мг/л не превышает показатель нормы качества. Исходная вода полностью пригодна для орошения.

    1. Оценка загрязненности территории исследуемой водой (поверхностной, подземной) по критериям качества вод.

Критерий качества воды – признак или комплекс признаков, по которым производится оценка качества воды.

Для оценки эколого-геохимического состояния поверхностных вод был использован критерий (коэффициент концентрации по ПДК). Для оценки загрязнения поверхностных вод был использован показатель Кс (коэффициент концентрации) (Лабораторная работа № 4). Данная методика применяется для вод хозяйственно-питьевого и хозяйственно-бытового назначения. Превышений содержаний компонентов в исследуемой воде относительно и Кс нет.

Следовательно, экологическая обстановка – напряженная. Уровень загрязнения исследуемой воды – средний. Уровень загрязнения природных сред – умеренно-опасный.

Часть 2. Улучшение качества исследуемой воды.

Улучшение качества воды проводилось методом ионного обмена по реакциям:

Общая жесткость исследуемой воды равна 5,2 мг-экв/л.

Улучшение качества воды проводилось до общей жесткости 1,5 мг-экв/л.

Процент объема умягчаемой воды рассчитывался, исходя из того, что вода при ионном обмене умягчилась на 30 %. Процент объема умягчаемой воды равен 70%. (Лаб. работа № 6)

30% Бак смешения Потребитель

Таким образом, можно сделать вывод, что требовалось улучшение качества ионным обменом для умягчения воды.

1. ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора». – М.: Изд-во стандартов, 1985.

2. Сан ПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М.: Минздрав России, 2002.

3. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. – М.: Изд-во стандартов.

4. Нормативы качества питьевой воды в России и за рубежом. – Екатеринбург: Международный экологический фонд «Вода Евразии», 1996.

5. Ю.Е. Сает и др. Геохимия окружающей среды. – М.: Недра, 1990.

6. Директива Совета Европейского союза 98/83/ЕС от 3 ноября 1998 г. по качеству воды, предназначенной для потребления человеком.

7. Р.Ф. Зарубина, Ю.Г. Копылова, А.Г. Зарубин. Анализ и улучшение качества природных вод. Часть 1. Анализ и оценка качества природных вод. – Изд.: ТПУ, 2007.

Часть 1. Экологическая оценка исследуемой природной воды………………..4

Глава 1. Система природная вода – человек………………………………. 4

Качество исследуемой воды для питьевого централизованного и нецентрализованного водоснабжения……………………………………4
Качество исследуемой воды для бутылирования вод первой и высшей категории………………………………………………………….4
Глава 2. Система природная вода – животные………………………………5

Качество исследуемой воды для рыборазведения………………. 5
Глава 3. Система природная вода – земля…………………………………. 5

Американская и российская классификация качества воды для оросительной мелиорации………………………………………………..6
Оценка загрязненности территории исследуемой водой (поверхностной, подземной) по критериям качества вод………………6
Часть 2. Улучшение качества исследуемой воды………………………………7

источник

Физические и химические показатели качества воды. При выборе источника водоснабжения учитываются такие физические свойства воды как температура, запах, вкус, мутность и цветность. Причем эти показатели определяются по всем характерным периодам года (весна, лето, осень, зима).

Температура природных вод зависит от их происхождения. В подземных водоисточниках вода имеет постоянную температуру независимо от периода года. Наоборот, температура воды поверхностных водоисточников изменяется по периодам года в достаточно широком диапазоне (от 0,1 °С зимой до 24-26°С летом).

Мутность природных вод зависит, прежде всего, от их происхождения, а также от географических и климатических условий, в которых находится водоисточник. Подземные воды имеют незначительную мутность, не превышающую 1,0-1,5 мг/л, зато воды поверхностных водоисточников почти всегда содержат взвешенные вещества в виде мельчайших частей глины, песка, водорослей, микроорганизмов и других веществ минерального и органического происхождения. Однако, как правило, вода поверхностных водоисточников северных регионов европейской части России, Сибири и частично Дальнего Востока относится к категории маломутных. Для водоисточников центральных и южных регионов страны, наоборот, характерна более высокая мутность воды. Независимо от географических, геологических и гидрологических условий расположения водоисточника мутность воды в реках всегда выше, чем в озерах и водохранилищах. Наибольшая мутность воды в водоисточниках наблюдается во время весенних паводков, в периоды затяжных дождей, а наименьшая — в зимнее время, когда водоисточники покрыты льдом. Измеряется мутность воды в мг/дм 3 .

Цветность воды природных водоисточников обусловлена наличием в ней коллоидных и растворенных органических веществ гумусового происхождения, придающих воде желтый или бурый оттенок. Густота оттенка зависит от концентрации этих веществ в воде.

Гумусовые вещества образуются в результате разложения органических веществ (почвенный, растительный гумус) до более простых химических соединений. В природных водах гумусовые вещества представлены, в основном, органическими гуминовыми и фульво-кислотами, а так же их солями.

Цветность характерна для вод поверхностных водоисточников и практически отсутствует в подземных водах. Однако иногда подземные воды, чаще всего в болотисто-низинных местах с надежными водоупорными горизонтами, обогащаются болотистыми цветными водами и приобретают желтоватую окраску.

Цветность природных вод измеряется в градусах. По уровню цветности воды поверхностные водоисточники могут быть малоцветные (до 30-35°), средней цветности (до 80°) и высокоцветные (свыше 80°). В практике водоснабжения иногда используются водоисточники, цветность воды которых составляет 150-200°.

Большинство рек Северо-запада и Севера России относятся к категории высокоцветных маломутных. Средняя часть страны характеризуется водоисточниками средней цветности и мутности. Вода рек южных регионов России, наоборот, имеет повышенную мутность и сравнительно небольшую цветность. Цветность воды в водоисточнике и количественно и качественно изменяется по периодам года. Во время повышенного стока с прилегающих к водоисточнику территорий (таяние снега, дожди), цветность воды, как правило, повышается, изменяется и соотношение компонентов цветности.

Природным водам свойственны такие качественные показатели, как привкус и запах. Чаше всего природные воды могут обладать горьким и соленым вкусом и практически никогда кислым или сладким. Избыток магниевых солей придает воде горьковатый вкус, а натриевых (поваренная соль) — солоноватый. Соли других металлов, например железа и марганца, придают воде железистый привкус.

Запахи воды могут быть естественного и искусственного происхождения. Естественные запахи вызываются живущими и отмершими в воде организмами, растительными остатками. Основными запахами природных вод являются болотный, землянистый, древесный, травянистый, рыбный, сероводородный и др. Наиболее интенсивные запахи присущи воде водохранилищ и озер. Запахи искусственного происхождения возникают вследствие выпускав водоисточники недостаточно очищенных сточных вод.

К запахам искусственного происхождения можно отнести нефтяной, фенольный, хлорфенольный и др. Интенсивность привкусов и запахов оценивается в баллах.

Химический анализ качества природной воды имеет первостепенное значение при выборе метода очистки ее. К химическим показателям воды относятся: активная реакция (водородный показатель), окисляемость, щелочность, жесткость, концентрация хлоридов, сульфатов, фосфатов, нитратов, нитритов, железа, марганца и др. элементов. Активная реакция воды определяется концентрацией водородных ионов. Она выражает степень кислотности или щелочности воды. Обычно активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, который представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов: — рН = — lg [H+]. Для дистиллированной воды рН = 7 (нейтральная среда). Для слабокислой среды рН 7. Обычно для природных вод (поверхностных и подземных) значение рН находится в пределах от 6 до 8,5. Наименьшие значения водородного показателя имеют высокоцветные мягкие воды, а наибольшие — подземные, особенно жесткие.

Окисляемость природных вод вызвана присутствием в них органических веществ, на окисление которых расходуется кислород. Поэтому величина окисляемости численно равна количеству кислорода, пошедшего на окисление находящихся в воде загрязняющих веществ, и выражается в мг/л. Наименьшей величиной окисляемости (

1.5-2мг/л, О2) характеризуются артезианские воды. Вода чистых озер имеет окисляемость 6-10 мг/л, О2, в речной воде окисляемость колеблется в широких пределах и может достичь 50 мг/л и даже более. Повышенной окисляемостью характеризуются высокоцветные воды; в болотистых водах окисляемость может достичь 200 мг/л О2 и более.

Щелочность воды определяется присутствием в ней гидроксидов (ОН’) и анионов угольной кислоты (НСО — з, СО3 2 ,).

Хлориды и сульфаты содержатся практически во всех природных водах. В подземных водах концентрации этих соединений могут быть весьма значительны, до 1000 мг/л и более. В поверхностных водоисточниках содержание хлоридов и сульфатов обычно колеблется в пределах 50-100 мг/л. Сульфаты и хлориды при определенных концентрациях (300 мг/л и более) являются причиной коррозионной активности воды и разрушающе действуют на бетонные конструкции.

Жесткость природных вод обусловлена присутствием в них солей кальция и магния. Хотя указанные соли и не являются особо вредными для человеческого организма, наличие их в значительном количестве нежелательно, т.к. вода становится малопригодной для хозяйственных нужд и для промышленного водоснабжения. Жесткая вода не пригодна для питания паровых котлов, ее нельзя использовать во многих технологических производственных процессах.

Железо в природных водах находится в виде двухвалентных ионов, органоминеральных коллоидных комплексов и тонкодисперсной взвеси гидроксида железа, а также в виде сульфида железа. Марганец, как правило, находится в воде в виде ионов двухвалентного марганца, способного окисляться в присутствии кислорода, хлора или озона, до четырехвалентного, с образованием гидроксида марганца.

Наличие в воде железа и марганца может приводить к развитию в трубопроводах железистых и марганцевых бактерий, продукты жизнедеятельности которых могут накапливаться в больших количествах и существенно уменьшать сечение водопроводных труб.

Читайте также:  Анализ на кристаллы околоплодных вод

Из растворенных в воде газов наиболее важными с точки зрения качества воды являются свободная углекислота, кислород и сероводород. Содержание углекислоты в природных водах колеблется от нескольких единиц до нескольких сотен миллиграммов в 1 л. В зависимости от величины рН воды углекислота встречается в ней в виде углекислого газа либо в виде карбонатов и бикарбонатов. Избыточная углекислота весьма агрессивна по отношению к металлу и бетону:

Концентрация растворенного в воде кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л и зависит от ряда причин (температура воды, парциальное давление, степень загрязненности воды органическими веществами). Кислород интенсифицирует процессы коррозии металлов. Это надо особенно учитывать в теплоэнергетических системах.

Сероводород, как правило, попадает в воду в результате контакта ее с гниющими органическими остатками либо с некоторыми минералами (гипсом, серным колчеданом). Присутствие сероводорода в воде крайне нежелательно как для хозяйственно-питьевого, так и для промышленного водоснабжения.

Ядовитые вещества, в частности тяжелые металлы, попадают в водоисточники в основном с промышленными сточными водами. Когда имеется вероятность их попадания в водоисточник, определение концентрации ядовитых веществ в воде обязательно.

Требования к качеству воды различного назначения. Основные требования, предъявляемые к питьевой воде, предполагают безвредность воды для организма человека, приятный вкус и внешний вид, а также пригодность для хозяйственно-бытовых нужд.

Показатели качества, которым должна удовлетворять питьевая вода, нормируются «Санитарными правилами и нормами (СанПиН) 2. 1.4.559-96. Питьевая вода.»

Вода для охлаждения агрегатов многих производственных процессов не должна давать отложений в трубах и камерах, по которым она проходит, так как отложения затрудняют теплопередачу и уменьшают сечение труб, снижая интенсивность охлаждения.

В воде не должно быть крупной взвеси (песка). В воде не должно быть органических веществ, так как она интенсифицирует процесс биообрастания стенок.

Вода для паросилового хозяйства не должна содержать примесей, которые могут вызвать отложения накипи. По причине образования накипи снижается теплопроводность, ухудшается теплопередача, возможен перегрев стенок паровых котлов.

Из солей, образующих накипь, наиболее вредны и опасны CaSO4, СаСО3, CaSiO3, MgSiO3. Эти соли отлагаются на стенках паровых котлов, образуя котельный камень.

Для предотвращения коррозии стенок паровых котлов вода должна обладать достаточным щелочным резервом. Ее концентрация в котловой воде должна составлять не менее 30-50 мг/л.

Особенно нежелательно присутствие в питательной воде котлов высокого давления кремниевой кислоты SiO2, которая может образовывать плотную накипь с очень низкой теплопроводностью.

Основные технологические схемы и сооружения для улучшения качества воды.

Природные воды отличаются большим разнообразием загрязнений и их сочетанием. Поэтому для решения проблемы эффективной очистки воды требуются различные технологические схемы и процессы, различные наборы сооружений для реализации этих процессов.

Используемые в практике водоочистки технологические схемы обычно классифицируются на реагентные и безреагентные; предочистки и глубокой очистки; на одноступенные и многоступенные; на напорные и безнапорные.

Реагентная схема очистки природных вод более сложна, нежели безреагентная, зато она обеспечивает более глубокую очистку. Безреагентная схема, как правило, применяется для предочистки природных вод. Чаще всего ее используют при очистке воды для технических целей.

Как реагентная, так и безреагентная технологическая схема очистки могут быть одноступенными и многоступенными, с сооружениями безнапорного и напорного типа.

Основные, чаще всего используемые в практике водоочистки технологические схемы и типы сооружений представлены на рисунке 22.

Отстойники используются в основном как сооружения для предварительной очистки воды от взвешенных частиц минерального и органического происхождения. По типу конструкции и характеру движения воды в сооружении отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными или радиальными. В последние десятилетия в практике очистки природных вод стали использоваться специальные полочные отстойники с осаждением взвеси в тонком слое.

Рис. 22. Основные технологические схемы водоочистки:

а) двухступенчатая с горизонтальным отстойником и фильтром: 1 — насосная станция I подъема; 2 — микросетки; 3 — реагентное хозяйство; 4 — смеситель; 5 — камера хлопьеобразования; б — горизонтальный отстойник; 7 — фильтр; 8 — хлораторная; 9 — резервуар чистой воды; 10 — насосы;

б) двухступенчатая с осветлителем и фильтром: 1 — насосная станция I подъема; 2 — микросетки; 3 — реагентное хозяйство; 4 — смеситель; 5 — осветлитель со взвешенным осадком; б — фильтр; 7 — хлораторная; 8 — резервуар чистой воды; 9 — насосы II подъема;

в) одноступенчатая с контактными осветлителями: 1 — насосная станция I подъема; 2 — барабанные сетки; 3 — реагентное хозяйство; 4 — сужающее устройство (смеситель); 5 — контактный осветлитель КО-1; 6 — хлораторная; 7 — резервуар чистой воды; 8 — насосы II подъема

Фильтры, входящие в состав общей технологической схемы водоочистки, выполняют роль сооружений для глубокой доочистки воды от взвешенных веществ, не осевших в отстойниках части коллоидных и растворенных веществ (за счет сил адсорбции и молекулярного взаимодействия).

источник

Курсовой проект выполнен на основании задания на проектирование, в котором приведены исходные данные и вопросы, требующие разработки при проектировании.

– краткая характеристика объекта водоснабжения (число и состав водопотребителей, хозяйственно-производственная направленность);

– расположение потребителей воды на генеральном плане с отметками рельефа местности;

– планировка населенного пункта;

– требования, предъявляемые потребителями к качеству воды;

– данные об источниках водоснабжения, которые получают в результате гидрологических и топографических изысканий;

– дополнительные данные, обусловленные местными факторами.

Разработка водопроводных очистных сооружений проведена в определенной последовательности. Первоначально определена полная производительность станции с учетом количества воды, идущего на собственные нужды станции (промывка фильтров, удаление осадка из отстойников и осветлителей со слоем взвешенного осадка). На основании показателей качества воды и полученной производительности станции водообработки производится выбор состава очистных сооружений. Следующим этапом является определение необходимых реагентов. При употреблении сжатого воздуха для ускорения растворения следует запроектировать воздуходувную станцию. После этого выбрано обеззараживание воды и рассчитаны необходимые сооружения. По окончании расчета реагентного хозяйства построена высотная схема очистных сооружений, затем высчитаны основные сооружения и компонованы станции водоочистки. В заключении приведен технико-экономический расчет.

1. Определение расчетной производительности

При определении расчетной производительности очистной станции, кроме заданной пропускной способности надо учитывать расход воды на собственные нужды станции, которые согласно п. 6.6 СНиП 2.04.02* [2] составляет 10–14% полезной производительности (Qпол ) для станции без повторного использования промывных вод.

Расчетная производительность очистной станции Qрасч , м 3 /сут, определяется по зависимости:

Где Qпол – полезная производительность станции, м 3 /сут;

Для удобства расчетов переводим Qрасч , м 3 /сут

Qрасч = 7410 / 24 = 308.75 (м 3 /час);

qчас = 308,75 / 3600 = 0,0857 (м 3 /сек);

qсек = 0.0857 * 1000 = 85.76 (л/сек).

2. Выбор метода и схемы очистки воды

Метод улучшения качества воды (УКВ), состав сооружений, расчетные дозы реагентов определяются сравнением качества питьевой воды [1], местными условиями и расчетной производительностью станции (п. 6.2 [2]).

Для получения воды питьевого качества могут использоваться методы, получившие положительное гигиеническое заключение Минздрава РФ [2].

Для определения метода очистки воды заполним таблицу 1.

Таблица 1 – Анализ качества подлежащей обработке воды

Показатель качества воды Исходная вода Требования СанПин 2.1.4.1074 «Питьевая вода» Рекомендуемый метод УКВ
Обобщенные показатели качества воды
Мутность воды, М, мг/л 140 до 1,5 Реагентное осветление воды
Цветность воды, Ц, град 90 до 20 Обесцвечивание воды
Общая минерализация воды, Р, мг/л 340 до 1000
Общая жесткость, Ж, мг-экв/л 3,45 до 7
Величина рН, единицы рН 7,3 в пределах 6 – 9

По результатам анализа таблицы 1 исходную воду следует подвергнуть реагентному осветлению и обесцвечиванию, а также необходимо провести обеззараживание.

2.2 Технологическая схема обработки воды

Технологическая схема включает основные сооружения, обеспечивающие получение воды заданного качества и вспомогательные , предназначенные для контроля и создания оптимальных условий эксплуатации выбранных сооружений . Выбор основных сооружений ВОС выполняется по таблице 15 [2], в зависимости от расчетной производительности, мутности и цветности воды.

Основные сооружения Условия применения Производ-ть станции, м 3 /сут
Мутность, мг/л Цветность, град
Обработка воды с применением коагулянтов и флокулянтов
1. Скорые фильтры (одноступенчатое фильтрование): а) напорные фильтры б) открытые фильтры до 30 до 20 до 50 до50 до 5000 до 50000
2. Вертикальные отстойники – скорые фильтры: до 1500 до 120 до 5000
3. Горизонтальные отстойники – скорые фильтры
4. Контактные префильтры – скорые фильтры (двухступенчатое фильтрование)
5. Осветлители с взвешенным осадком – скорые фильтры
6. Две ступени отстойников – скорые фильтры
7. Контактные осветлители
8. Горизонтальные отстойники и осветлители с взвешенным осадком для частичного осветления воды
9. Крупнозернистые фильтры для частичного осветления воды
10. Радиальные отстойники для предварительного осветления высокомутных вод
11. Трубчатый отстойник и напорный фильтр (типа «Струя»)
Обработка воды без применения коагулянтов и флокулянтов
12. Крупнозернистые фильтры для частичного осветления воды
13. Радиальные отстойники для частичного осветления воды
14. Медленные фильтры с механической или гидравлической регенерацией песка

Для извлечения из воды крупных плавающих примесей следует использовать барабанные сетки. При содержании в обрабатываемой воде планктона свыше 1000 кг/мл следует устанавливать микрофильтры.

В проекте рекомендуется принимать универсальный реагентную схему осветления воды, включающую: смесительосветлители с взвешенным осадком или отстойники (горизонтальные, вертикальные) → скорые фильтры , блок-схема которой приведена на рисунке 1 .

2.3 Высотная схема очистной станции

Высотная схема позволяет установить соотношение между уровнями воды во всех основных сооружениях очистной станции и определить необходимый напор насосной станции первого подъема (НС‑1). Движение воды по сооружениям станции предусматривается самотечное, а технологических стоков – самотечно-напорное. При выборе месторасположения сооружений и станции в целом необходимо максимально использовать естественный уклон местности.

Составление высотной схемы начинают с резервуара чистой воды (РВЧ), расположенного на территории ВОС, отметка воды в котором принимается ± 0,5 м относительно поверхности земли (см. задание). Отметки остальных сооружений определяют последовательным суммированием отметки волы в предыдущем сооружении и потерь напора в самих сооружениях и соединительных коммуникациях, ориентировочные значения которых принимаются по рекомендациям п. 6.219 [2] и затем уточняются расчетом.

Таблица 2 – Ориентировочные потери напора в сооружениях и коммуникациях

В сооружениях Потери напора, h, м В коммуникациях Потери напора, h, м
в гидравл. смесителях (С) 0,5–0,6
С→О 0,3–0,4
в осветлителях со вз. ос., отстойниках (О) 0,7–0,8
О→СФ 0,5–0,6
в скорых фильтрах (СФ) 3–3,5
СФ→РВЧ 0,5–1,0

Высотная схема приводится в РПЗ проекта, на листе формата А4 или выносится на ватман (по заданию руководителя) и представлена на рисунке 2 .

1 – подача исходной воды от НС-I; 2 – смеситель гидравлического типа; 3 – осветлитель с взвешенным осадком; 4 – скорый фильтр; 5 – резервуар чистой воды; 6 – ввод реагентов; 7 – подача воды потребителям.

ПЗ – отметка поверхности земли (см. задание).

Рисунок 2 – Высотная схема водопроводной очистной станции (выполнена в относительных отметках).

3. Расчет установок реагентного хозяйства

Для осветления воды на ВОС предусматривается предварительная обработка воды коагулянтом и в зимнее время добавление флокулянта.

3.1 Определение дозы реагентов для обработки воды

Необходимая доза коагулянта определяется по таблице 16 [2] в зависимости от мутности воды в паводковый и меженный периоды. В качестве коагулянта применяется сернокислый алюминий – Al2 (SO4 )3 x 18 H3 O.

Так как мутность воды М = 150 мг/м 3 , то доза коагулянта по мутности:

Определяем дозу коагулянта по цветности:

Так как в исследуемой воде присутствует и цветность, и мутность, то выбираем наибольшую дозу коагулянта – 38 мг/л (по цветности).

Необходимая доза подщелачивающих реагентов определяется в зависимости от принятой дозы коагулянта по п. 6.19 [2]:

Кщ – Коэффициент, равный для извести (по СаО) – 28;

источник

Курсовой проект выполнен на основании задания на проектирование, в котором приведены исходные данные и вопросы, требующие разработки при проектировании.

– краткая характеристика объекта водоснабжения (число и состав водопотребителей, хозяйственно-производственная направленность);

– расположение потребителей воды на генеральном плане с отметками рельефа местности;

– планировка населенного пункта;

– требования, предъявляемые потребителями к качеству воды;

– данные об источниках водоснабжения, которые получают в результате гидрологических и топографических изысканий;

– дополнительные данные, обусловленные местными факторами.

Разработка водопроводных очистных сооружений проведена в определенной последовательности. Первоначально определена полная производительность станции с учетом количества воды, идущего на собственные нужды станции (промывка фильтров, удаление осадка из отстойников и осветлителей со слоем взвешенного осадка). На основании показателей качества воды и полученной производительности станции водообработки производится выбор состава очистных сооружений. Следующим этапом является определение необходимых реагентов. При употреблении сжатого воздуха для ускорения растворения следует запроектировать воздуходувную станцию. После этого выбрано обеззараживание воды и рассчитаны необходимые сооружения. По окончании расчета реагентного хозяйства построена высотная схема очистных сооружений, затем высчитаны основные сооружения и компонованы станции водоочистки. В заключении приведен технико-экономический расчет.

1. Определение расчетной производительности

При определении расчетной производительности очистной станции, кроме заданной пропускной способности надо учитывать расход воды на собственные нужды станции, которые согласно п. 6.6 СНиП 2.04.02* [2] составляет 10–14% полезной производительности (Qпол) для станции без повторного использования промывных вод.

Расчетная производительность очистной станции Qрасч, м 3 /сут, определяется по зависимости:

Qрасч = Qпол

Где Qпол – полезная производительность станции, м 3 /сут;

– коэффициент, учитывающий собственные нужды очистной станции.

Qрасч = = 7410 м 3 /сут.

Для удобства расчетов переводим Qрасч, м 3 /сут qчас, м 3 /ч qсек, л/сек.

Qрасч = 7410 / 24 = 308.75 (м 3 /час);

qчас = 308,75 / 3600 = 0,0857 (м 3 /сек);

qсек = 0.0857 * 1000 = 85.76 (л/сек).

2. Выбор метода и схемы очистки воды

Метод улучшения качества воды (УКВ), состав сооружений, расчетные дозы реагентов определяются сравнением качества питьевой воды [1], местными условиями и расчетной производительностью станции (п. 6.2 [2]).

Для получения воды питьевого качества могут использоваться методы, получившие положительное гигиеническое заключение Минздрава РФ [2].

Для определения метода очистки воды заполним таблицу 1.

Таблица 1 – Анализ качества подлежащей обработке воды

Показатель качества воды Исходная вода Требования СанПин 2.1.4.1074 «Питьевая вода» Рекомендуемый метод УКВ
Обобщенные показатели качества воды
Мутность воды, М, мг/л 140 до 1,5 Реагентное осветление воды
Цветность воды, Ц, град 90 до 20 Обесцвечивание воды
Общая минерализация воды, Р, мг/л 340 до 1000
Общая жесткость, Ж, мг-экв/л 3,45 до 7
Величина рН, единицы рН 7,3 в пределах 6 – 9

По результатам анализа таблицы 1 исходную воду следует подвергнуть реагентному осветлению и обесцвечиванию, а также необходимо провести обеззараживание.

Читайте также:  Анализ на инфекции околоплодных вод

источник

Вода – химическое соединение водорода и кислорода Чистая вода бесцветна и не имеет запаха и вкуса. Природная вода по своему составу весьма разнообразна. В ее состав входят соли (преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов), органические вещества (в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии), газы (в виде молекул и гидратированных соединений), диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон), бактерии, вирусы.

Под качеством природной воды понимают совокупность ее свойств, обусловленных характером содержащихся в воде примесей. По своей природе примеси природных вод делятся на органические и неорганические. Отдельную группу примесей составляют микрофлора и микрофауна природных водоемов. Согласно классификации акад. Л. А. Кульского, примеси природных вод в зависимости от их физико-химического состояния, в значительной степени определяемого дисперсностью, делятся на четыре группы.

Первая группа примесей со степенью дисперсности 10-3. 10-5 см представлена взвешенными в воде частицами, образующими суспензии и эмульсии. Это частицы глины и песка, малорастворимые гидроксиды металлов, иловые частицы, эмульсии минеральных масел, нефтепродукты, микроорганизмы, обитающие в толще воды, в том числе бактерии.

Совокупность этих примесей обусловливает мутность воды. От химического, гидробиологического и бактериологического состава примесей первой группы зависит возможность использования воды для водоснабжения. Мутность природной воды может существенно возрастать при массовом развитии некоторых гидробионтов, в частности водорослей.

Вторую группу примесей составляют коллоидно-растворенные примеси и высокомолекулярные органические вещества со степенью дисперсности 10-5. 10-6 см. В основном это минеральные и органоминеральные частицы почвы и грунта, коллоидные соединения железа, а также гумус – продукт биохимического разложения растительных и животных остатков. Гумусовые вещества, относящиеся ко второй группе примесей, представлены гуминовыми и фульвокислотами, образующими коллоидные растворы и придающими воде цветность. Коллоидные примеси второй группы увеличивают мутность воды.

К третьей группе примесей относятся молекулярно-растворенные вещества со степенью дисперсности 10-6. 10-7 см. К этой же группе отнесены вирусы и бактериофаги.

К растворенным органическим соединениям естественного происхождения относятся продукты жизнедеятельности и разложения бактерий, актиномицетов, плесеней, водорослей, макрофитов и других обитателей водной среды, а также растворенные фульвокислоты. Различные источники загрязнения существенно повышают концентрацию органических веществ в водоеме. Продукты жизнедеятельности гидробионтов при массовом их развитии придают воде различные запахи и привкусы, борьба с которыми представляет значительные трудности. К этой же группе примесей относятся растворенные в воде газы: кислород, диоксид углерода.

Растворенный кислород играет важную роль в биохимических процессах, происходящих в водоеме. Диоксид углерода образуется при окислении органических веществ микроорганизмами и частично переходит в гидросферу из атмосферы. Растворенная углекислота потребляется фотосинтетиками в качестве источника углерода. В воде некоторых загрязненных поверхностных водоемов может присутствовать растворенный сероводород – продукт жизнедеятельности аммонифицирующих и сульфатвосстанавливающих бактерий.

Четвертую группу примесей составляют вещества, диссоциирующие в воде на ионы. Степень дисперсности их менее 10-7 см. Это в основном различные соли, суммарная концентрация которых определяет степень минерализации воды. Общее содержание солей в воде большинства природных источников достаточно точно определяется катионами Са2+, Mg2+, Na+, К+ и анионами НCO3-, SО42-, Cl-. Однако природные воды содержат и массу других элементов: железо, марганец, фосфор, азот и т.д., которые наряду с основными катионами и анионами обеспечивают микроорганизмам полноценное минеральное питание.

Поверхностные воды характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ, в частности органических соединений. Помимо частиц песка и глины в них имеются лесс, илистые вещества, различные карбонатные соединения, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения, иногда в виде органоминеральных комплексов, планктон и др.

Подземные воды не содержат большого количества органических веществ, но часто насыщены минеральными солями, а иногда и газами (H2S, СО2, СН4). При гидравлической связи между поверхностными и подземными водами последние отличаются повышенной окисляемостью. Наблюдается прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации. Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью и повышенным содержанием железа, марганца, фтора. Таким образом, различные примеси в природной воде образуют с ней сложные гомогенные и гетерогенные системы.

Состав воды оценивают физическими, химическими и санитарно-биологическими показателями.

К физическим показателям относят температуру, содержание взвешенных веществ, цветность, запахи и привкусы.

Температура воды подземных источников характеризуется постоянством (8. 12 °С). Температура воды поверхностных источников меняется по сезонам года (0,1. 30 °С) и зависит от поступления в них подземных вод, а также сбросов использованной воды.

Прозрачность и мутность характеризуют наличие в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и др.).

Цветность воды обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и других органических соединений, входящих в состав живых и растительных организмов, населяющих воду и являющихся продуктами их жизнедеятельности или распада.

Цветность воды измеряют в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Для питьевой воды она не должна превышать 20°.

Запахи и привкусы природных вод могут быть естественного (присутствие железа, марганца, сероводорода) или искусственного (сброс промышленных стоков) происхождения. Различают четыре основных вкуса воды: соленый, горький, сладкий и кислый.

К запахам естественного происхождения относят землистый, рыбный, гнилостный, сероводородный, ароматический, болотный, глинистый, тинистый и др. К запахам искусственного происхождения относят хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлорфенольный, запах нефтепродуктов.

Интенсивность и характер запахов и привкусов воды определяют органолептически, т.е. с помощью органов чувств по пятибалльной шкале.

Общий, сухой, прокаленный остаток (в мг/л или мг • экв/л) – понятия, позволяющие судить о количестве солей и концентрации примесей, содержащихся в природных водах. Общий или плотный остаток характеризует содержание в воде в основном примесей неорганического происхождения. Он представляет собой остаток от выпаривания известного объема нефильтрованной воды, который затем высушивают при 110 °С до постоянной массы.

Сухой или растворенный остаток характеризует содержание минеральных солей и нелетучих органических соединений. Он получается при выпаривании известного объема определяемой воды, предварительно профильтрованной через бумажный фильтр.

Прокаленный остаток характеризует содержание в испытуемой воде неорганических примесей. Он определяется путем выпаривания известного объема воды, прокаливания полученного остатка при температуре 800 °С и его взвешивании. Различают прокаленный растворенный остаток и прокаленный общий остаток. В первом случае пробу воды перед выпариванием фильтруют через бумажный фильтр, а во втором – нет.

Химический состав воды характеризуется: общим соле- содержанием, ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной концентрацией водородных ионов (pH), сухим остатком, содержанием растворенного кислорода, свободной углекислоты, сероводорода, активного хлора.

Солесодержание воды оценивают по сухому остатку (в мг/л): ультрапресные до 100; пресные – 100. 1000; слабосоленые – 1000. 3000; соленые – 3000. 10 000; сильносоленые – 10 000. 50 000; рассолы – 50 000. 300 000; ультрарассолы – более 300 000.

Хлориды и сульфаты (в мг/л или мг • экв/л) благодаря своей высокой растворимости присутствуют во всех природных водах обычно в виде натриевых, кальциевых и магниевых солей. Растворимость поваренной соли составляет 360 г/л, а хлористого магния – 545 г/л. В природных водах может быть от 60 до 100 мг/л сульфатионов. При отсутствии в воде кислорода сульфатионы под действием сульфатредукцирующих бактерий восстанавливаются до сероводорода.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Жесткость воды выражают в миллиграмм-эквивалент на литр (1 мг • экв/л жесткости или 12,16 мг/л ионов магния). Различают карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды.

Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде карбонатных и бикарбонатных солей кальция и магния. При кипячении воды она легко устраняется, так как бикарбонаты распадаются с образованием углекислоты и декантацией карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость обусловлена кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной, кремниевой и азотной кислот. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую.

Щелочность воды (в мг • экв/л) определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот – угольной, органических. Различают бикарбо- натную, карбонатную и гидратную щелочность, а их сумма определяет общую щелочность воды. Щелочные металлы (в мг/л) в природных водах обычно представлены ионами калия и натрия с преобладанием последнего.

Окисляемость воды (т.е. количество кислорода в миллиграммах на литр, эквивалентное расходу окислителя, необходимого для окисления примесей в данном объеме) обусловливается присутствием органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей. В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бихроматную окисляемость. При этом окисляемость в 1 мг О2/л соответствует окисляемости 0,253 мг/л КМnО4. Для питьевой воды окисляемость не лимитируется.

Железо и марганец присутствуют в природных водах в формах, зависящих от величины pH и окислительно-восстановительного потенциала. Так, железо может находиться в формах двух- и трехвалентных ионов, органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений, тонкодисперсной взвеси, сульфида железа, гидроксидов железа. В подземных водах при отсутствии кислорода железо и марганец встречаются обычно в форме двухвалентных солей. В поверхностных водах железо и марганец встречаются в форме органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей. Обычно содержание железа и марганца в природных водах не превышает нескольких десятков миллиграмм на литр, а в шахтных водах достигает нескольких сотен миллиграмм на литр и более. Содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л, а марганца – 0,1 мг/л.

Активная реакция воды является показателем ее щелочности или кислотности, количественно она характеризуется концентрацией водородных ионов.

На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем pH, являющимся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов, т.е. pH = -lg[H+]. Для нейтральной воды pH = 7, для кислой – меньше 7 и для щелочной – больше 7. Природные воды по величине pH можно классифицировать на кислые – pH = 1. 3, слабокислые – pH = 4. 6, нейтральные – pH = 7; слабощелочные – pH = 8. 10, щелочные – pH = 11. 14. Активная реакция природных вод обычно варьируется в пределах 6,5. 8,5, что соответствует лимитам питьевой воды.

Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитритные и нитратные) образуются в воде в результате восстановления нитритов и нитратов железа сероводородом, гумусовыми веществами либо в результате разложения белковых соединений, вносимых в водоем со сточными водами. В последнем случае вода ненадежна в санитарном отношении. В артезианских водах содержание нитритов достигает десятых долей миллиграмм на литр, а в поверхностных водах – до тысячных долей миллиграмм на литр.

Кремний присутствует в природных водах в форме органических и минеральных соединений. В воде поверхностных источников содержится от десятых долей до нескольких миллиграмм на литр кремния, а в подземных водах оно достигает десятков миллиграмм на литр.

Соединения фосфора встречаются в природных водах в виде суспендированных частиц минерального и органического происхождения, в виде ионов ортофосфорной кислоты для сложного органического комплекса. В природных водах соединения фосфора присутствуют в малых количествах, но существенно влияют на водную растительность. Содержание соединений фосфора в питьевой воде не регламентировано.

Фтора в природных водах содержится до 18 мг/л и более. Однако подавляющее большинство источников централизованного водоснабжения в нашей стране характеризуется содержанием фтор-иона до 0,5 мг/л. Фтор – активный в биологическом отношении микроэлемент, количество которого в питьевой воде во избежание кариеса или флюороза должно быть в пределах 0,7. 1,5 мг/л.

Иод в природных водах присутствует в ничтожных количествах. Он является очень важным биологическим микроэлементом, содержание которого в питьевой воде во избежание эндемического зоба не должно быть менее 10-8 мг/л.

Токсические вещества – мышьяк, стронций, бериллий и др., а также радиоактивные вещества – уран, радий – обычно попадают в водоемы со сбросом сточных вод.

Растворенные в воде газы – кислород, углекислота, сероводород, метан и азот – оказывают влияние на качество воды. Так, углекислота, сероводород, кислород придают воде при определенных условиях коррозионные свойства по отношению к металлам и бетонам.

Сероводород в природных водах встречается органического (продукт распада органических соединений) и неорганического (растворение минеральных солей – серного колчедана, гипса и др.) происхождения. Сероводород в природных слоях поверхностных вод присутствует в незначительных количествах. В подземных водах его количество достигает нескольких десятков миллиграмм на литр. Присутствие сероводорода в воде придает ей неприятный запах, способствует коррозии металла и может вызвать зарастание трубопроводов в результате интенсивного развития серобактерий.

Кислород попадает в воду при ее контакте с воздухом. Его содержание зависит от температуры и давления. В артезианских водах кислород не встречается, а в поверхностных его концентрации довольно велики. В поверхностных водах содержание кислорода уменьшается при наличии организмов брожения, гниения органических остатков и т.п. Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение.

Азот в природные воды проникает из воздуха при разложении органических остатков, а также при восстановлении соединений азота динитрофицирующими бактериями. Образующийся в воде в процессе гниения растений аммиак существенно влияет на технологию хлорирования воды.

Метан присутствует в природных водах, используемых для водоснабжения, как правило, в незначительных количествах.

Гидробионты, населяющие природные воды, в процессе жизнедеятельности влияют не только на состав окружающей водной среды, но и на качество воды.

На процессы формирования и самоочищения воды гидратация оказывает значительное влияние, так как многие ее представители используют растворенные органические вещества, некоторые животные-фильтраторы питаются бактериями, водорослями и т.п.

Санитарно-бактериологическим показателем качества воды является коли-титр или коли-индекс, а также общее число содержащихся в воде бактерий. Бактерии и вирусы из числа патогенных, т.е. паразитов, живущих на живом субстрате, развивающихся в воде, могут вызвать заболевания брюшным тифом, паратифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, острым гастроэнтеритом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом, туляремией, конъюнктивитом и т.д.

В связи с тем что при биологическом анализе воды определение патогенных бактерий затруднено, бактериологические определения сводятся к нахождению общего числа бактерий в 1 мл воды, растущих при 37 °С, и кишечной палочки – бактерии Coli. Наличие последней имеет индикаторные функции, т.е. свидетельствует о загрязнении воды выделениями людей и животных и т.п. Минимальный объем испытуемой воды (в мл), приходящийся на одну кишечную палочку, называют коли-титром, а количество кишечных палочек в 1 л воды – коли-индексом.

Хозяйственно-питьевая вода должна отвечать требованиям качества, которые регламентированы ГОСТ 2874–82 «Вода питьевая» и Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН № 4630-88).

источник